[发明专利]具有缓冲电路的反激式转换器

说明书

一种用于电致动器系统的电源的反激式转换器(21)，包括具有缓冲电容器(23)的缓冲电路，缓冲电容器(23)用于在一次电流(I_prim)被切断时积累存储在反激式变压器(4)的漏电感中的能量。缓冲电路还包括与缓冲电容器(23)串联的可控开关元件(24)，其中控制端子连接到电压基准。当缓冲电容器电压超过基准电压时，可控开关元件(24)可以处于导通模式。以这种方式，漏电感能量可以被转移到二次侧，而不是在缓冲电路中的电阻器中耗散。这提高了转换器的功率效率并且降低了电磁干扰。同时，技术方案非常简单并且可以以低成本实现。

技术领域

本发明涉及包括用在电致动器系统的电源中的缓冲电路的反激式转换器；包括整流器桥、缓冲器电容器和至少一个这种反激式转换器的电源；以及包括至少一个电致动器和至少一个这种电源的致动器系统。

背景技术

在许多应用中,开关模式电源用于从例如AC电网(mains net)或DC电压源向通常需要稳压电源的电子设备供电。这种设备的示例是具有多个线性电致动器的致动器系统。这种致动器系统通常用于可调节的家具(诸如可调节的桌子、床和椅子)，但是线性电致动器也用于其它几种工业产品，其中线性电致动器可以集成到用于调节机械可移动部件的机械结构中。在这些应用中，开关模式电源具有低损耗和紧凑结构的优点。

在这些应用中使用的许多开关模式电源基于反激式转换器，反激式转换器是一种在输入和输出之间电流隔离(galvanic isolation)的可以用于AC/DC和DC/DC转换二者的转换器类型。如果反激式转换器用于AC/DC转换，那么桥式整流器和电容器布置在AC干线电源(mains supply)和转换器本身之间。反激式转换器的主要部件是反激式变压器，反激式变压器的一次侧连接到被布置成接通或切断变压器中的一次电流的可控开关元件(通常为MOSFET晶体管的形式)。变压器的二次绕组通过二极管连接到与负载(即，由电源供电的设备)并联的电容器。

当开关晶体管处于其导通状态时，变压器的一次侧连接到输入电压，使得能量在变压器中积累，而在二次侧，二极管被反向偏置，从而防止二次电流流动。当开关晶体管处于其非导通状态时，一次电流不能流动，而在二次侧，二极管正向偏置，从而允许二次电流流动。在该阶段，前一阶段中在变压器中积累的能量现在从变压器转移到二次侧。

通常，通过基于与输出电压相关的电流隔离反馈信号以一定的速率和一定的占空比接通和切断开关晶体管，由脉宽调制控制电路依赖于由被供电的设备消耗的电力来控制输出电压。

由于反激式变压器不是理想的，它将具有一定的杂散电感或漏电感，杂散电感或漏电感可以被认为是与一次绕组串联的小电感器。虽然当开关晶体管切断时，在开关晶体管导通时在变压器中积累的能量从一次侧转移到二次侧，但是在漏电感中积累的少量能量将不转移。因此，开关晶体管的断开将造成晶体管上的高且尖锐的电压峰，电感器从DC电流突然断开时总是这样。实际上，漏电感与开关晶体管的寄生源极-漏极电容将形成串联谐振电路并且造成阻尼高频振荡。

这种高频振荡可以是其它电路中的电磁干扰的源，于是需要防止这种干扰。另外，开关晶体管上的电压可能高到使得开关晶体管可能损坏或破坏，或者使得必须使用具有超过该较高电压电平的额定电压的更昂贵的晶体管类型。

这些问题可以通过所谓的缓冲电路来消除，所述缓冲电路提供在开关晶体管周围的短期替代电流路径，使得可以通过去除在漏电感中积累的能量的量而将漏电感更安全地放电。

这种缓冲电路的已知示例由与缓冲电容器和电阻器的并联组合串联的缓冲二极管组成。漏电感电流现在可以发现通过缓冲二极管和缓冲电容器的低阻抗路径，使得漏电感能量被转移到缓冲电容器，然后在电阻器中耗散。

虽然这种缓冲电路确实防止了开关晶体管上的高电压尖峰发生，但是由于在电阻器中耗散的能量而在电路中损耗的功率使反激式转换器的整体效率降低。